c++基础3-编程知识

一、构造函数的初始化列表

可以指定成员对象的初始化方式

构造函数的初始化列表是在 C++ 中用于初始化成员变量的一种机制。它在构造函数的参数列表之后，构造函数的函数体之前使用，并使用冒号 : 分隔。初始化列表可以用于给成员变量赋初值，而不是在构造函数的函数体内进行赋值操作。

二、类的成员方法和变量

类的静态成员变量

类的静态成员变量是属于类而不是属于类的实例的变量。它是通过使用 static 关键字声明的类成员。静态成员变量在类的所有实例之间共享，而不是每个实例拥有自己的一份。在.BSS段。

类的静态成员方法

静态成员方法（或称为静态成员函数）是属于类而不是属于类的实例的方法。它们被声明为静态成员，并且可以通过类名直接调用，而不需要创建类的实例。

静态成员方法和普通成员方法的区别：普通成员方法是有this指针的，而静态成员方法没有 this指针，可以通过类名+类的成员函数进行调用，而不需要对象

常成员方法

常对象调不了普通方法，只能调用常方法，因为编译时，传入的this指针的类型时const CGoods *类型的

指向类成员变量和类成员方法的指针（需要加类的作用域，静态成员方法或者成员变量则不需要）

1. 指向类成员变量的指针需要加上类的作用域，以及使用的时候需要加上对象，指定对象。

2. 指向成员方法的指针，函数指针需要在类的作用域夏，并且调用的时候，需要加上对象

三、 C++的模板

模板的意义：对类型进行参数化

1. 函数模板和模板函数

函数模板：所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，其函数类型和形参类型不具体指定，用一个虚拟的类型来代表。这个通用函数就称为函数模板。

函数模板是一组函数的抽象描述，它不是一个实实在在的函数，函数模板不会编译成任何目标代码。函数模板必须先实例化成模板函数，这些模板函数再程序运行时会进行编译和链接，然后产生相应的目标代码。

模板函数是函数模板的实例化（在函数的调用点）

模板名+ 参数列表就是函数

模板的实参推演 =》可以根据用户传入的实参类型，来推导出模板类型参数的具体类型

2. 模板的特列化（特殊的实例化，不是编译器提供，而是开发者提供）

对于某些类型来说，依赖编译器默认实例化的模板代码，代码处理逻辑是错误的

对于字符串来说，不能直接用实例化后的a> b，而应该用strcmp

针对compare函数模板，提供const char *类型的特列化版本

这三者不是重载关系，因为函数名都不相同。

compare("aaa" , "bbb");首先会调用普通函数（非模板函数）

compare<const char *> ("aaa", "bbb");肯定是先调用模板函数

编译器优先把compare处理成函数名字，没有的化，才去找compare模板

模板不能是一个文件定义，另一个文件使用，

因为#include包含的代码，在预编译的时候，会被展开。

3. 模板的非类型参数

四、容器的空间配置器allocator

四件事情：内存开辟、内存释放、对象构造、对象析构

C++中的空间配置器（allocator）是一个用来管理内存分配的模板类。它用于封装不同的内存分配和回收策略，为C++的容器（如vector、list等）提供内存分配和回收的服务。

比如有一个容器vector：

#include <iostream>
using namespace std;
/*
这篇文章主要讲述空间配置器，所以实现的vector方法比较简单，
方法没有提供相应的带右值引用参数的移动函数，没有考虑过多
的异常情况
*/
template<typename T>
class Vector
{
public:// 构造函数Vector(int size = 0):mcur(0), msize(size){mpvec = new T[msize];}// 析构函数~Vector(){delete[]mpvec;mpvec = nullptr;}// 拷贝构造函数Vector(const Vector<T> &src):mcur(src.mcur), msize(src.msize){mpvec = new T[msize];for (int i = 0; i < msize; ++i){mpvec[i] = src.mpvec[i];}}// 赋值重载函数Vector<T>& operator=(const Vector<T> &src){if (this == &src)return *this;delete []mpvec;mcur = src.mcur;msize = src.msize;mpvec = new T[msize];for (int i = 0; i < msize; ++i){mpvec[i] = src.mpvec[i];}return *this;}// 尾部插入数据函数void push_back(const T &val){if (mcur == msize)resize();mpvec[mcur++] = val;}// 尾部删除数据函数void pop_back(){if (mcur == 0)return;--mcur;}
private:T *mpvec; // 动态数组，保存容器的元素int mcur; // 保存当前有效元素的个数int msize; // 保存容器扩容后的总长度// 容器2倍扩容函数void resize(){/*默认构造的vector对象，内存扩容是从0-1-2-4-8-16-32-...的2倍方式进行扩容的，因此vector容器的初始内存使用效率特别低，可以使用reserve预留空间函数提供容器的使用效率。*/if (msize == 0){mpvec = new T[1];mcur = 0;msize = 1;}else{T *ptmp = new T[2 * msize];for (int i = 0; i < msize; ++i){ptmp[i] = mpvec[i];}delete[]mpvec;mpvec = ptmp;msize *= 2;}}
};

如果对上面容器调用：

// 一个简单的测试类A
class A
{
public:A() { cout << "A()" << endl; }~A() { cout << "~A()" << endl; }
};
int main()
{Vector<A> vec(10); // 10表示底层开辟的空间大小，但是却构造了10个A对象A a1, a2, a3;cout << "---------------" << endl;vec.push_back(a1);vec.push_back(a2);vec.push_back(a3);cout << "---------------" << endl;vec.pop_back(); // 删除a3没有对对象进行析构cout << "---------------" << endl;// vec容器析构时，内部只有2个有效的A对象，但是却析构了10次return 0;
}

运行上面的代码，打印结果如下：
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A()
A() // 上面到这个是vector容器中，构造了10个对象
A() // 这里开始下面的三个A构造函数，是构造了a1, a2, a3三个对象
A()
A()
+++++++++++++++
+++++++++++++++
+++++++++++++++ // 这里有问题，vec.pop_back()删除末尾A对象，但是并没有进行析构调用，有可能造成资源泄露
~A()
~A()
~A() // 上面到这里的三个析构函数，析构了a1, a2, a3三个对象
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A()
~A() // 上面到这里的10个析构函数，是把vector容器中的对象全部进行析构

存在以下问题：

        1. 定义容器时Vector< A > vec(10)，我们希望底层开辟可以容纳10个元素的空间，并不需要给我构造10个A对象，因为此时我还没有打算给容器添加数据，这么多构造函数的调用，纯粹是效率的浪费。
        2.从容器中删除元素时vec.pop_back()，这句代码的意思是删除了容器末尾的对象A，但是并没有调用A对象的析构函数，如果A对象占用了外部资源，那么资源的释放代码肯定在A的析构函数里面，这样就造成了资源泄露的问题。
        3.vec容器在出函数作用域析构的时候，并没有析构有效的A对象，其实上面代码中，最终vec容器只有两个我们放入的有效对象a1和a2，a3被删除了，应该只析构两次就可以，但是却析构了10次，不合理。

自定义一个空间配置器

// 自定义空间配置器
template<typename T>
struct myallocator
{// 开辟内存空间T* allocate(size_t size) {return (T*)::operator new(sizeof(T)*size);// 相当于malloc分配内存}// 释放内存空间void deallocate(void *ptr, size_t size){::operator delete(ptr, sizeof(T)*size);// 相当于free释放内存}// 负责对象构造void construct(T *ptr, const T &val){new ((void*)ptr) T(val);// 用定位new在指定内存上构造对象}// 负责对象析构void destroy(T *ptr){ptr->~T();// 显示调用对象的析构函数}
};

C++ STL库中vector容器的类模板定义头

template<class _Ty,class _Alloc = allocator<_Ty>>class vector

#include <iostream>
using namespace std;// 自定义空间配置器
template<typename T>
struct myallocator
{// 开辟内存空间T* allocate(size_t size) {return (T*)::operator new(sizeof(T)*size);// 相当于malloc分配内存}// 释放内存空间void deallocate(void *ptr, size_t size){::operator delete(ptr, sizeof(T)*size);// 相当于free释放内存}// 负责对象构造void construct(T *ptr, const T &val){new ((void*)ptr) T(val);// 用定位new在指定内存上构造对象}// 负责对象析构void destroy(T *ptr){ptr->~T();// 显示调用对象的析构函数}
};/*
给Vector容器的实现添加空间配置器allocator
*/
template<typename T, typename allocator = myallocator<T>>
class Vector
{
public:// 构造函数，可以传入自定以的空间配置器，否则用默认的allocatorVector(int size = 0, const allocator &alloc = allocator()):mcur(0), msize(size), mallocator(alloc){// 只开辟容器底层空间，不构造任何对象mpvec = mallocator.allocate(msize);}// 析构函数~Vector(){// 先析构容器中的对象for (int i = 0; i < mcur; ++i){mallocator.destroy(mpvec+i);}// 释放容器占用的堆内存mallocator.deallocate(mpvec, msize);mpvec = nullptr;}// 拷贝构造函数Vector(const Vector<T> &src):mcur(src.mcur), msize(src.msize), mallocator(src.mallocator){// 只开辟容器底层空间，不构造任何对象mpvec = mallocator.allocate(msize);for (int i = 0; i < mcur; ++i){// 在指定的地址mpvec+i上构造一个值为src.mpvec[i]的对象mallocator.construct(mpvec+i, src.mpvec[i]);}}// 赋值重载函数Vector<T> operator=(const Vector<T> &src){if (this == &src)return *this;// 先析构容器中的对象for (int i = 0; i < mcur; ++i){mallocator.destroy(mpvec + i);}// 释放容器占用的堆内存mallocator.deallocate(mpvec, msize);mcur = src.mcur;msize = src.msize;// 只开辟容器底层空间，不构造任何对象mpvec = mallocator.allocate(msize);for (int i = 0; i < mcur; ++i){// 在指定的地址mpvec+i上构造一个值为src.mpvec[i]的对象mallocator.construct(mpvec + i, src.mpvec[i]);}return *this;}// 尾部插入数据函数void push_back(const T &val){if (mcur == msize)resize();mallocator.construct(mpvec + mcur, val);mcur++;}// 尾部删除数据函数void pop_back(){if (mcur == 0)return;--mcur;// 析构被删除的对象mallocator.destroy(mpvec + mcur);}
private:T *mpvec; // 动态数组，保存容器的元素int mcur; // 保存当前有效元素的个数int msize; // 保存容器扩容后的总长度allocator mallocator; // 定义容器的空间配置器对象// 容器2倍扩容函数void resize(){if (msize == 0){mpvec = mallocator.allocate(sizeof(T));mcur = 0;msize = 1;}else{T *ptmp = mallocator.allocate(2 * msize);for (int i = 0; i < msize; ++i){mallocator.construct(ptmp + i, mpvec[i]);}// 先析构容器中的对象for (int i = 0; i < msize; ++i){mallocator.destroy(mpvec + i);}// 释放容器占用的堆内存mallocator.deallocate(mpvec, msize);mpvec = ptmp;msize *= 2;}}
};
// 一个简单的测试类A
class A
{
public:A() { cout << "A()" << endl; }~A() { cout << "~A()" << endl; }
};
int main()
{Vector<A> vec(10); // 此处只开辟内存，没有构造任何对象A a1, a2, a3;cout << "+++++++++++++++" << endl;vec.push_back(a1);vec.push_back(a2);vec.push_back(a3);cout << "+++++++++++++++" << endl;vec.pop_back(); // 删除a3并析构a3对象cout << "+++++++++++++++" << endl;// vec容器析构时，内部只有2个有效的A对象，析构了2次，正确return 0;
}

通过打印可以看到，最开始实现的容器，我们提到的这三个问题：

        定义容器时Vector< A > vec(10)，我们希望底层开辟可以容纳10个元素的空间，并不需要给我构造10个A对象，因为此时我还没有打算给容器添加数据，这么多构造函数的调用，纯粹是效率的浪费。
        从容器中删除元素时vec.pop_back()，这句代码的意思是删除了容器末尾的对象A，但是并没有调用A对象的析构函数，如果A对象占用了外部资源，那么资源的释放代码肯定在A的析构函数里面，这样就造成了资源泄露的问题。
        vec容器在出函数作用域析构的时候，并没有析构有效的A对象，其实上面代码中，最终vec容器只有两个我们放入的有效对象a1和a2，a3被删除了，应该只析构两次就可以，但是却析构了10次，不合理。
        现在都通过空间配置器allocator解决了，仔细对比最开始的Vector和修改后带空间配置器版本的Vector的代码实现，体会allocator在容器中的具体使用。